DE2833481A1 - IC engine exhaust gas cleaning system - has cyclone to extract soot for recycle to inlet manifold with flow controlled by photocell in exhaust pipe - Google Patents

IC engine exhaust gas cleaning system - has cyclone to extract soot for recycle to inlet manifold with flow controlled by photocell in exhaust pipe

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Abstract

The system uses a cyclone separator (8) to extract the soot from the engine exhaust gas. This soot is recirculated (15) to the inlet manifold (2) downstream of the filter (4), the cleaned gas being discharged from the cyclone via a silencer (12). Soot flow is controlled by a metering valve (14) in the outlet from the cyclone. The valve is electrically operated by a photoelectric-cell unit (16, 17, 18) in the exhaust line (6) leading to the cyclone, via a regulator (21).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ABGASREINIGUNG UND ZUR METHOD AND DEVICE FOR EXHAUST GAS PURIFICATION AND FOR

VERBESSERUNG DER KRAFTSTOFFAUSNUTZUNG BEI VERB RE.NNUNGSKRATMAS CHIEN Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abgasreinigung und zur VerbesSerung der Kraftstoffausnutzung bei Verbrennungskraftmaschinen. IMPROVING FUEL USE AT VERB RE.NNUNGSKRATMAS CHIEN The invention relates to a method for exhaust gas purification and improvement fuel efficiency in internal combustion engines.

Der deutschen Offenlegungsschrift 26 02 T56 ist zu entnehmen, daß bereits verschiedene Vorschläge zur Abgasreinigung.und zur der besserung der Kraftstoffausnutzung' gemacht worden sind. So hat man versucht, den Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe und anderer umweltverschmutzender Bestandteile in den Abgasen, wie z.B. Blei und verkohlte Schmutizteilchen,-herabzusetzen. Es ist auch schon versucht worden, den. Wirkungsgrad von Verbrennungskraftmaschinen dadurch zu steigern, daß man unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die -in den Abgasen enthalten-sind, in die Brennkraftmaschine zurückgeführt hat. Dieser Weg hat sich jedoch nicht als gangbar erwiesen, weil es hierdurch u.U. zu einem Stillstand der Brennkraftmaschine kommt.The German Offenlegungsschrift 26 02 T56 can be seen that already various proposals for exhaust gas purification and to improve fuel economy ' have been made. So attempts have been made to determine the proportion of unburned hydrocarbons and other polluting components in the exhaust gases such as lead and charred dirt particles to reduce. Attempts have also been made to the. To increase the efficiency of internal combustion engines that one unburned Hydrocarbons contained in the exhaust gases into the internal combustion engine has returned. However, this path has not proven viable because it this may cause the internal combustion engine to come to a standstill.

Der Erfindung liegt die Aufqabe zugrunde, ein Verfahren zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung bei Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, bei dem mit einfachen und kostensparenden Mitteln ein Erfolg erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem Abgasstrom Ruß in reiner bzw. weitgehend reiner Form ausgeschieden und in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird eine beträchtliche Minderung'der Abgastrübung erreicht, dä der rückgeführte Anteil an Ruß nicht in die freie Atmosphäre austreten kann. Darüber hinaus erhält man durch die nachträgliche Verbrennung des Rußes einen Energiegewinn der einen besseren Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine mit sich bringt. Schließlich ergibt sich ein geringerer Verschleiß an den Ventilsitzen der Einlaßventile, da Ruß eine Schmierwirkung au'fweist, so daß der sonst vorhandene Metall-Metall-Kontakt an den Ventilen und Ventilsitzflächen entfällt, und eine zusätzlichen Schmierleitungen notwendig sind, wie das bei großen Brennkraftmaschinen der Fall ist.The invention is based on the task of a method for exhaust gas purification and to improve fuel economy in internal combustion engines create, in which a success is achieved with simple and cost-saving means. This object is achieved in that from the exhaust gas stream soot in pure or largely pure form and excreted into the intake of the internal combustion engine is returned. In this way, there is a considerable reduction in exhaust gas opacity achieved, that the returned portion of soot does not escape into the free atmosphere can. In addition, the subsequent combustion of the soot gives one Energy gain with better fuel consumption of the internal combustion engine brings itself. Finally, there is less wear on the valve seats the inlet valves, since soot has a lubricating effect, so that the otherwise existing Metal-to-metal contact on the valves and valve seat surfaces not applicable, and additional lubrication lines are necessary, as is the case with large internal combustion engines the case is.

Eine bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht eine den Ruß vom Abgasstrom trennende Ausscheidevorrichtung vor, die über eine Verbindungsleitung mit dem Auslaßröhrenwerk der Brennkraftmaschine und über eine Rückführleitung mit dem Einlaßröhrenwerk der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Die Ausscheidevorrichtung kann beispielsweise von einer in geeigneter Weise ausgebildeten Filtereinrichtung gebildet sein, vorzugsweise besteht sie jedoch aus einem Zyklon.A preferred embodiment of a device for performing the The proposed method provides a separation device that separates the soot from the exhaust gas flow before, via a connection line with the exhaust pipe work of the internal combustion engine and via a return line to the intake manifold of the internal combustion engine in Connection. The separating device can, for example, be of a suitable type Wise trained filter device be formed, but preferably it exists from a cyclone.

Vorteilhafterweise kann die Rückführleitung zur partiellen Rückführung des Abgasstromes benutzt werden. Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Verbindungsleitung -eine eine Auslaßöffnung des Zyklons steuernde Einrichtung angeordnet ist, die vorzugsweise eine Fotozelle aufweist. Auf diese Weise wird die Abgas-Rückführung in der Weise vollautomatisch gesteuert, daß im Vollastbereich, wo ein großer Rußanfall vorhanden ist, die Auslaßöffnung des Zyklons nur einen Minimalöffnungsquerschnitt aufweist, so daß lediglich Ruß und ein vernachlässigbarer kleiner Abgas an teil über die Rückführleitung zum Einlaß der Brennkraftmaschine zurSickgeführt wird. Der Anteil des zurückgeführten Abgasvolumens kann im Vollastbereich etwa 2 % betragen, während er im Leerlaufbereich etwa maximal 50 g des gesamten Abgasvolumens beträgt. Eine entsprechende Steuerung im Teillastbereich, bei der n entsprechender Anteil des Abgases über die Rückführ]eitung in die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, erbringt folgende zusätzliche Vorteile.The return line can advantageously be used for partial return of the exhaust gas flow can be used. It has also proven to be advantageous if in the connecting line -a device controlling an outlet opening of the cyclone is arranged, which preferably has a photocell. In this way, the Exhaust gas recirculation controlled fully automatically in such a way that in the full load range, where there is a large amount of soot, the outlet opening of the cyclone has only a minimum opening cross-section has, so that only soot and a negligible small exhaust gas in part is guided to the Sick via the return line to the inlet of the internal combustion engine. The proportion of the recirculated exhaust gas volume can be around 2% in the full load range, while it amounts to a maximum of about 50 g of the total exhaust gas volume in the idle range. A corresponding control in the partial load range, with n corresponding share of the exhaust gas is returned to the internal combustion engine via the return line, provides the following additional advantages.

Die Schadstoffimmission, insbesondere Stickoxyd wird gesenkt, desgleichen die Verbrennungsgeräusche infolge einer weichen Verbrennung sowie der Kraftstoffverbrauch, während schließlich die Luftfilterstandzeit erhöht wird, da ein entsprechend der rückgeführten Abgasmenge geringereFrischluftmenge über den Luftfilter zugeführt werden braucht.The pollutant immission, in particular nitrogen oxide, is lowered, as well the combustion noises caused by soft combustion and fuel consumption, while finally the air filter service life is increased as a corresponding to the recirculated exhaust gas, less fresh air is supplied via the air filter needs to be.

Darüber hinaus wird durch den Zyklon eine Wirkung erzeugt, die sich günstig auf die Geräuschentwicklung auswirkt, d.h. die Auspuffgeräusche werden durch den Zyklon gemindert.In addition, an effect is created by the cyclone, which has a positive effect on the noise development, i.e. the exhaust noises are through the cyclone diminished.

Die Steuerung.der Abgasrückführung wird in einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß in der Auslaßöffnung des Zyklons ein Dosierventil angeordnet ist, das mit einem durch die Fotozelle gesteuerten Regelglied in Wirkverbindung steht. Dabei weist das Dosierventil vorzugsweise eine verstellbare Blende auf.The control of the exhaust gas recirculation is thereby made in a simple manner enables a metering valve to be arranged in the outlet opening of the cyclone, which is in operative connection with a control element controlled by the photocell. The metering valve preferably has an adjustable diaphragm.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel 'ist in der Zeichnung dargestellt, in der mit 1 eine Brennkraftmaschine dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 1 besitzt ein Einlaßröhrenwerk 2, an das über eine Einlaßleitung 3 ein Luftfilter 4 angeschlossen ist. Auf der gegenüberliegenden S'eite besitzt die Brennkraftmaschine ein Auslaßröhrenwerk 5, das über eine Verbindungsleitung 6 mit einer Ausscheidevorrichtung 7 in Gestalt eines Zyklons 8'in Verbindung steht. Ein Auslaßstutzen 9 des Zyklons 8 steht über eine Auslaßleitung .11 mit einem Schalldämpfer 12 in Verbindung. An seinem dem Schalldämpfer '12 abgewandten Ende besitzt der Zyklon 8 eine Auslaßöffnung 13,'in der ein Dosierventil 14 angeordnet ist. An das mit einer verstellbaren Blende versehene Dosierventil 14 ist eine Rückführleitung 15 angeschlossen, die zur Einlaßleitung 3 des Einlaßröhrenwerks 2 zurückgeführt ist.A preferred embodiment 'is shown in the drawing, in which 1 is shown an internal combustion engine. The internal combustion engine 1 has an inlet tubing 2 to which an air filter 4 is connected via an inlet line 3 is. The internal combustion engine has an exhaust pipe system on the opposite side 5, via a connecting line 6 with a separating device 7 in the form a cyclone 8 'is connected. An outlet port 9 of the cyclone 8 protrudes an outlet line .11 with a muffler 12 in connection. On his the muffler '12 facing away from the end of the cyclone 8 has an outlet opening 13, 'in which a metering valve 14 is arranged. To the dosing valve with an adjustable cover 14 a return line 15 is connected to the inlet line 3 of the inlet tubing 2 is returned.

In der Verbindungsleitung 6 sitzt eine die Auslaßöffnung 13 des Zyons 8 steuernde Einrichtung 16, die eine Lichtquelle 1-7 und eine Fotozelle 18'aufweist. Die Fotozelle 18, steht über eine elektrische Steuerleitung 19 mit einem Regiglied 21 in Verbindung, das seinerseits über eine weitere elektrische Steuerleitung 22 mit dem Dosierventil 14 am Zyklon 8 in Verbindung steht.In the connecting line 6 sits the outlet opening 13 of the zyon 8 controlling device 16, which has a light source 1-7 and a photocell 18 '. The photocell 18 is connected to a control element via an electrical control line 19 21 in connection, which in turn via a further electrical control line 22 is in communication with the metering valve 14 on the cyclone 8.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt: Das aus dem Auslaßröhrenwerk 5 der Brennkraftmaschine 1 austretende Abgas gelangt über die Verbindungsleitung 6 in den Zyklon 8. Hier wird Ruß in reiner bzw. weitgehend reiner Form ausgeschieden und -über die Auslaßöffnung 13 des Zyklons 8 und die Rückführleitung 15 zusammen mit einem bestimmten Anteil des Abgasvolumens in die Ein-Iaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 abgesaugt.The operation of the device according to the invention is as follows: The exhaust gas emerging from the exhaust pipe work 5 of the internal combustion engine 1 passes Via the connecting line 6 into the cyclone 8. Here, soot becomes pure or largely Pure form excreted and -over the outlet opening 13 of the cyclone 8 and the return line 15 together with a certain proportion of the exhaust gas volume in the inlet Iaßleitung 3 of the internal combustion engine 1 sucked off.

Der übrige Anteil des Abgases gelangt über die Auslaßleitung 9 des Zyklons 8 und den Schalldämpfer 12 in die freie Atmosphäre.The remaining part of the exhaust gas passes through the outlet line 9 of the Cyclone 8 and the silencer 12 into the free atmosphere.

Der jeweilige Anteil an Abgas, der in die Einlaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt bzw. über den Schalldämpfer 12 in die freie Atmosphäre abgeführt wird, hängt vom.Trübungsgrad ab, der sich in der Verbindungsleitung 6 einstellt. Dieser Trübungsgrad wird mit Hilfe der Fotozelle 18 festgestellt, die dann einen entsprechenden elektrischen Impuls über die Steuerleitung 19 an das Regelglied 21 abgibt. Von dort wird dann über die weitere Steuerleitung 22 die Auslaßöffnung 13 des Zyklons 8 entsprehcned gesteuert.The respective proportion of exhaust gas in the inlet line 3 of the internal combustion engine 1 fed back or discharged into the open atmosphere via the silencer 12 depends on the degree of turbidity that occurs in the connecting line 6. This degree of opacity is determined with the help of the photocell 18, which then has a corresponding electrical impulse via the control line 19 to the control element 21 gives away. From there, the outlet opening 13 is then opened via the further control line 22 of the cyclone 8 controlled accordingly.

Im vorliegenden Fall wird die Steuerung so eingestellt, daß beispielsweise im Vollastbereich der Brennkraftmaschine, wo also der Rußanteil besonders hoch ist, die Auslaßöffnung 13 ihren minimalen.In the present case, the control is set so that, for example in the full load range of the internal combustion engine, where the soot content is particularly high, the outlet opening 13 is at its minimum.

'Offnungsquerschnitt einnimmt, so daß Ruß und ein vernachlässigbar kleiner Abgasanteil (etwa 2 %) über die Rückführleitung 15 in die Einlaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt wird. Dagegen wird im Leerlaufbereich, wo eine entsprechend geringere Abgastrübung vorhanden ist, durch die Fotozellensteuerung die Ablauföffnung in ihren maximal größten öffnungsquerschnitt gebracht, so daß bis zu max. 50 % des Abgasvolumens über die Rücklaufleitung 15 zum Einlaß der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt wird. Im Teillastbereich ist eine entsprechende prozentuale Abgasrückführung vorhanden.'Opening cross-section occupies so that soot and a negligible small proportion of exhaust gas (about 2%) via the return line 15 into the inlet line 3 of the internal combustion engine 1 is fed back. In contrast, in the idle range, where there is a correspondingly lower exhaust gas opacity, through the photocell control brought the drain opening into its maximum largest opening cross-section, so that up to a maximum of 50% of the exhaust gas volume via the return line 15 to the inlet of the internal combustion engine 1 is returned. There is a corresponding percentage exhaust gas recirculation in the partial load range available.

Claims (9)

P A T E N T A N S P R o C H E Verfahren zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der Kraftstoffaixsnutzung bei Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem-Abgasstrom Ruß in reiner bzw. weitgehend reiner Form ausgeschieden und in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. P A T E N T A N S P R o C H E Process for exhaust gas cleaning and for Improvement of the fuel consumption in internal combustion engines, characterized in that that excreted from the exhaust gas stream and soot in pure or largely pure form is returned to the inlet of the internal combustion engine. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ruß vom Abgasstrom trennende Ausscheidevorrichtung (7), die über eine Verbindungsleitung (6) mit dem Auslaßröhrenwerk (5) der Brennkraftmaschine (1) und über eine Rückführleitung (15) mit dem Einlaßröhrenwerk (2) der Brennkraftmaschine (1) in Verbindung steht.2. Device for performing the method according to claim 1, characterized by a separating device (7) which separates soot from the exhaust gas flow and which has a Connecting line (6) to the exhaust pipe work (5) of the internal combustion engine (1) and via a return line (15) to the inlet pipe work (2) of the internal combustion engine (1) communicates. 3, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausscheidevorrichtung (2) von einem Zyklon (8) gebildet ist.3, device according to claim 2, characterized in that the separating device (2) is formed by a cyclone (8). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (6) eine eine Auslaßöffnung (13) des Zyklons (8) steuernde, auf die Abgastrübung in der Verbindungsleitung (6) ansprechende Einrichtung (16) angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that in the connecting line (6) an outlet opening (13) of the cyclone (8) controlling, Device (16) responding to the exhaust gas opacity in the connecting line (6) is arranged. ", 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) eine Fotozelle (18) aufweist. ", 5. Device according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that the device (16) has a photocell (18). 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßöffnung (13) des Zyklons (8) ein Dosierventil (1-4) angeordnet ist, das mit einem durch die Fotozelle (18) gesteuerten Regelglied (21) in Wirkverbindung steht.6. Device according to one or more of claims 2 to 5, characterized characterized in that in the outlet opening (13) of the cyclone (8) a metering valve (1-4) is arranged, which with a by the photocell (18) controlled regulating element (21) is in operative connection. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6-, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (14)' eine verstellbare Blende aufweist.7. Device according to one or more of claims 2 to 6-, characterized characterized in that the metering valve (14) 'has an adjustable diaphragm. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (8) zwischen dem Auslaßröhrenwerk (5) der Brennkraftmaschine und einem Schalldämpfer (12) angeordnet ist.8. Device according to one or more of claims 2 to 7, characterized characterized in that the cyclone (8) between the exhaust pipe work (5) of the internal combustion engine and a muffler (12) is arranged. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (8) einen integrierten Schalldämpfer besitzt.9. Device according to one or more of claims 2 to 7, characterized characterized in that the cyclone (8) has an integrated silencer.
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